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WO2012038430A1 - Method and apparatus for serial data transmission at a switchable data rate - Google Patents

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WO2012038430A1
WO2012038430A1 PCT/EP2011/066326 EP2011066326W WO2012038430A1 WO 2012038430 A1 WO2012038430 A1 WO 2012038430A1 EP 2011066326 W EP2011066326 W EP 2011066326W WO 2012038430 A1 WO2012038430 A1 WO 2012038430A1
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WO
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bit
data
bus
bit length
data frame
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/066326
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German (de)
French (fr)
Inventor
Florian Hartwich
Ralf Machauer
Tobias Lorenz
Frank Voetz
Christian Horst
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2013529635A priority patent/JP5563165B2/en
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Priority to RU2013118097/08A priority patent/RU2575687C2/en
Priority to AU2011304384A priority patent/AU2011304384B2/en
Priority to ES11763893.2T priority patent/ES2639585T3/en
Priority to KR1020137009977A priority patent/KR101885935B1/en
Priority to CN201180045425.9A priority patent/CN103098419B/en
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    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40208—Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
    • H04L2012/40215—Controller Area Network CAN

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for transmitting data between at least two subscribers of a bus system, wherein the duration of the transmitted bits between at least two
  • Media access control is based on bitwise arbitration.
  • bitwise arbitration several subscriber stations can simultaneously transmit data over the channel of the bus system, without thereby the
  • bitwise arbitration is usually done in an arbitration field within a channel to be transmitted over the channel
  • the end of the transmission of the arbitration field corresponds to a beginning of a release interval within which the subscriber station can exclusively use the channel.
  • the protocol specification of the CAN other subscriber stations must not access the channel, that is, send data to the channel until the transmitting subscriber station has transmitted a checksum field (CRC field) of the data frame.
  • CRC field checksum field
  • bitwise arbitration achieves non-destructive transmission of the data frame via the channel. This results in good
  • the protocols of the CAN are particularly suitable for transmitting short
  • DE 101 53 085 A1 proposes to temporarily transfer the communication interface for transferring the data block to another
  • the object of the invention is to describe a method by which in a CAN network data frames can be transmitted in a shorter time and at the same time essential properties of the CAN terms Error detection and error handling as well as network-wide data consistency are preserved.
  • a modified from the CAN protocol according to ISO 11898-1 to -4 hereinafter called standard CAN
  • Fast-CAN Data transmission method
  • the temporal bit length within a data frame is at least two
  • the temporal bit length remains the same for all participants on the bus, changes in the temporal bit length are signaled by an identifier contained in the same data frame, and the change of the temporal bit length by using at least two different ones
  • An advantage of this method is that the modification of the CAN protocol is kept to a minimum and in particular the structure of the CAN data frames is maintained, at least for the region between SOF and CRC delimiter.
  • the interface to the application program remains unchanged.
  • Fast CAN controllers can also be used in standard CAN networks. In a network that includes only subscribers with fast CAN controllers, all subscribers switch to fast mode after arbitering so that all synchronization and error detection mechanisms can continue to perform their task.
  • Another advantage of this method is that a standard CAN controller has to be changed only minimally in order to be able to work as a fast CAN controller.
  • a Fast-CAN controller which can also work as a standard CAN controller, is only marginally larger than a standard CAN controller.
  • the application program does not have to be changed, but also large parts of the CAN conformance test (ISO 16845) can be adopted.
  • the shortening of the bit length is done for event-controlled communication with arbitration only after the arbitration, as described above for the arbitration bus-wide data consistency is required.
  • it is also possible to combine the Fast-CAN protocol with the TTCAN protocol because even in the TTCAN, all data is transferred to CAN data frames whose basic structure complies with the specifications of ISO 11898-1. In this case, at least in the exclusive time slots of the TTCAN matrix, in which no arbitration takes place, but the bus access is exclusively assigned, the address field and the control field could be transmitted in whole or in part with shortened bit length.
  • the switching of the bit length can be done by a simple adjustment of the scaling factor between the oscillator period or the smallest unit of time and bus time unit, for example by means of the Baud Rate Prescalers.
  • the prerequisite here is of course that the oscillator period is sufficiently short.
  • Figure 1 shows schematically a state diagram with the various
  • FIG. 2 shows an example of the dependent on the transmission rate
  • FIG. 3 shows the structure of a CAN data frame in the standard format and in the extended format with the division into ranges according to the invention
  • FIG. 4 shows an example of the extension of the area of reduced bit length in combination of the method with the time-controlled transmission method of the TTCAN protocol, represented by a system matrix.
  • FIG. 5 shows the one possibility for dividing a data frame in an exclusive TTCAN time window into regions of different bit length.
  • FIG. 6 shows that which has been extended compared with the prior art
  • FIG. 1 illustrates the three operating states of the fast CAN controller: standard CAN 101, fast CAN arbitration 102 and fast CAN data 103.
  • Prescaler between the bus time unit (“time quantum”) and the minimum time unit (“minimum time quantum”) or the oscillator clock during operation provided, thereby the length of the bus time units and thus the length of the bits
  • the bit-time segments whose length is measured in bus time units remain unchanged, as well as the rules for resynchronization and the position of the sample point.
  • the "reserved bit" R0 which is located in front of the data length code DLC in the CAN frame, is sent in recessive fashion. If a fast CAN controller receives this bit dominant, it changes permanently to the standard CAN state
  • Flag for example, receives the "reserved bit" R0 recessively before the DLC or sends it successfully recessively, switches from the sample point of this bit to the shorter bus time unit by switching over the scaling factor, and changes to the state Fast-CAN.
  • Data 103 state change T3
  • the state change can also take place with an at least approximately constant time interval or after expiration of a defined number of bus time units after the sample point.
  • a Fast-CAN controller in the state Fast-CAN-Data 103 remains in this
  • the change T4 in the state Fast-CAN arbitration 102 and thus the switching of the scaling factor at the sample point, where the condition arrives, or with a at least approximately constant time interval to this.
  • the state change can also take place after the expiration of a defined number of bus time units after the sample point, for example at the end of the phase buffer segment 2 (see FIG. 2).
  • Figure 2 describes the division of each transmitted bit into bit-time segments whose length is measured in bus time units. These settings are usually configured in each bus user and serve to
  • the settings of the bit-time segments are made individually depending on the state and / or currently used bus time unit. For this, the corresponding registers in which the configuration settings are stored must be doubled.
  • the individual segments are shown for a bit 210 at a bus time unit of 200 ns and the segments for four consecutive bits 220 at a bus time unit of 50 ns.
  • the propagation time segment is only one bus time unit long, while phase buffer Segment 1 and 2 each occupy 4 bus time units.
  • the length of Propagation Time Segment and Phase Buffer Segments 1 and 2 are each 3 bus time units.
  • the long bus time unit is used and the bit-time segments correspond to those of the illustrated bit 210; in the state Fast-CAN-Data 103, the short bus time unit is used and the bit-time segments correspond to those of the illustrated bit 220.
  • the propagation time segment as small as possible, ie
  • FIG. 3 shows the structure of a CAN data frame according to FIG. IS011898-1 in the two possible variants, the standard format and the extended format. For both variants, the areas are plotted, in which according to the invention between the states fast CAN arbitration 102 and fast CAN data 103 is switched. Also shown is the associated
  • the utility of the data transfer rate method illustrated in the first embodiment is illustrated by the following calculation: It is assumed to be 8 bytes long of data field, standard format data frames with 11-bit addressing, as well as a baud rate of 500 kBit / s. Furthermore, it is assumed that the scaling factor after the "reserved bit" RO is increased by a factor of four, in which case the bit length would be reduced from 2 microseconds to 0.5 microseconds after the "reserved bit” R0. It will be neglected by possible stuff bits in this
  • Example per data frame 27 bits (SOF, Identifier, RTR, IDE, r0, ACK-Field, EOF, Intermission) with the normal bit length and 84 bit (DLC, Data, CRC, CRC delimiter) transmitted with the shortened bit length, which causes gives an effective transmission power of 111 bits in 96 microseconds. This corresponds to the same assumption bus utilization of a data transmission rate, which is increased compared to the unmodified standard CAN transmission by a factor of 2.3.
  • FIGS. 4 and 5 A further exemplary embodiment is illustrated below with reference to FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 shows a system matrix of a TTCAN network according to FIG. IS011898-4 with the base cycles and time windows described there. There are timeslots that with
  • a reserved bit of the previous reference message can be used.
  • the setting of this bit would signal in the case described that the data frames that are transmitted in the following basic cycle in exclusive time windows, already accelerated from the SOF bit and to the end of the CRC field, that is transmitted with reduced bit length.
  • the benefit of the method in the illustrated second embodiment is higher than in the first example, as well as the bits of arbitration and control field are transmitted quickly within the exclusive time window.
  • the data transfer rate actually achieved depends at least on the proportion of exclusive time slots and the type of addressing.
  • a method modified from that specified in ISO 11898-1 can be used in the Fast-CAN controller for the treatment of
  • the transmitter sends the CRC delimiter as a single, recessive bit and changes in accordance with the previous one
  • Scaling factors can take place, for example due to signal propagation times or internal processing times, in the various bus subscribers at times that are not exactly the same.
  • the participating bus subscribers thus set their scaling factor for the bus time unit back to their original state at not exactly coincident times. This results in different start times of the next bit for the bus users.
  • each receiver Upon receipt of the CRC delimiter, if its CRC check was positive, each receiver sends a single dominant acknowledge bit. If this happens relatively late, for example because the receivers are connected to remote ends of the bus, the recessive CRC delimiter bit may appear longer than one bit. This case is shown under "B" in FIG. 6. Moreover, by superimposing acknowledge bits, the acknowledge slot can appear longer than one bit, as shown in FIG. In order to compensate for the phase-shifted transmission times of these acknowledge bits, if necessary, the handling of these bits in Fast-CAN controllers can be modified such that in the state Fast-CAN-Arbitration a dominant acknowledge slot of one or two bits in length, directly after the CRC Delimiter or even a bit later begins when valid acknowledge is acknowledged.
  • Bus participants synchronized again under the usual resynchronization mechanism. If the sender not only receives one but two additional recessive bits after the first bit of the CRC delimiter, this is an acknowledge error for him. If after the second dominant Acknowledge bit is received a third dominant bit, this is a format error for all.
  • the acknowledge slot is followed, as in standard CAN, by a recessive acknowledge delimiter that is one bit long.
  • a Fast-CAN receiver that has detected a CRC error will not display the error frame until after the bit
  • the presented invention provides a solution to the stated problem of describing a method by which data frames can be transmitted in a CAN network in a shorter time and at the same time retain essential properties of the CAN with regard to error detection and treatment as well as network-wide data consistency.

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Abstract

A method and an apparatus are specified in order to allow larger amounts of data to be transmitted relatively quickly in a network. According to the invention, the object is achieved in that the transmitted data frames have a logic structure in accordance with CAN Specification ISO 11898-1, wherein the time bit length within a data frame can assume at least two different values, wherein, for a first predeterminable area within the data frame, the time bit length is greater than or equal to a predetermined minimum value of approximately one microsecond, and in at least one second predeterminable area within the data frame, the time bit length is at least half, and preferably less than half, with respect to the first area, wherein changes in the time bit length are achieved by use of at least two different scaling factors for setting the bus time unit relative to a shortest time unit or the oscillator clock during operation.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Verfahren und Vorrichtung zur seriellen Datenübertragung mit umschaltbarer Daten rate Method and device for serial data transmission with switchable data rate
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten zwischen wenigstens zwei Teilnehmern eines Bussystems, wobei die zeitliche Dauer der übertragenen Bits zwischen mindestens zwei The invention relates to a method and a device for transmitting data between at least two subscribers of a bus system, wherein the duration of the transmitted bits between at least two
unterschiedlichen Werten umgeschaltet werden kann. different values can be switched.
Beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 100 00 305 AI ist das Controller Area Network sowie eine als„Time Triggered CAN" (TTCAN) bezeichnete Erweiterung des CAN bekannt. Das beim CAN verwendete For example, published patent application DE 100 00 305 A1 discloses the Controller Area Network and an extension of the CAN called "Time Triggered CAN" (TTCAN)
Medienzugriffssteuerverfahren beruht auf einer bitweisen Arbitrierung. Bei der bitweisen Arbitrierung können mehrere Teilnehmerstationen gleichzeitig Daten über den Kanal des Bussystems übertragen, ohne dass hierdurch die Media access control is based on bitwise arbitration. In the bitwise arbitration several subscriber stations can simultaneously transmit data over the channel of the bus system, without thereby the
Datenübertragung gestört wird. Die Teilnehmerstationen können weiterhin beim Senden eines Bits über den Kanal den logischen Zustand (0 oder 1) des Kanals ermitteln. Entspricht ein Wert des gesendeten Bits nicht dem ermittelten logischen Zustand des Kanals, dann beendet die Teilnehmerstation den Zugriff auf den Kanal. Bei CAN wird die bitweise Arbitrierung üblicherweise in einem Arbitrierungsfeld innerhalb eines über den Kanal zu übertragenden Data transmission is disturbed. The subscriber stations can continue to determine the logical state (0 or 1) of the channel when sending a bit over the channel. If a value of the transmitted bit does not correspond to the determined logical state of the channel, then the subscriber station terminates the access to the channel. In CAN, bitwise arbitration is usually done in an arbitration field within a channel to be transmitted over the channel
Datenrahmens vorgenommen. Nach dem eine Teilnehmerstation das Data frame made. After a subscriber station that
Arbitrierungsfeld vollständig an den Kanal gesendet hat, weiß sie, dass sie exklusiven Zugriff auf den Kanal hat. Somit entspricht das Ende der Übertragung des Arbitrierungsfelds einem Beginn eines Freigabeintervalls, innerhalb dessen die Teilnehmerstation den Kanal exklusiv nutzen kann. Gemäß der Protokollspezifikation des CAN dürfen andere Teilnehmerstationen so lange nicht auf den Kanal zugreifen, das heißt Daten an den Kanal senden, bis die sendende Teilnehmerstation ein Prüfsummenfeld (CRC- Feld) des Datenrahmens übertragen hat. Somit entspricht ein Endzeitpunkt der Übertragung des CRC- Felds einem Ende des Freigabeintervalls. Completely has sent the arbitration field to the channel, it knows that it has exclusive access to the channel. Thus, the end of the transmission of the arbitration field corresponds to a beginning of a release interval within which the subscriber station can exclusively use the channel. According to the Protocol specification of the CAN other subscriber stations must not access the channel, that is, send data to the channel until the transmitting subscriber station has transmitted a checksum field (CRC field) of the data frame. Thus, an end time of transmission of the CRC field corresponds to an end of the enable interval.
Durch die bitweise Arbitrierung wird eine zerstörungsfreie Übertragung des Datenrahmens über den Kanal erreicht. Hierdurch ergeben sich gute The bitwise arbitration achieves non-destructive transmission of the data frame via the channel. This results in good
Echtzeiteigenschaften des CAN, wohingegen bei den Real-time characteristics of the CAN, whereas in the
Medienzugriffssteuerverfahren, bei denen der von einer Teilnehmerstation gesendete Datenrahmen aufgrund einer Kollision mit einem von einer anderen Station gesendeten weiteren Datenrahmen während der Übertragung über den Kanal zerstört werden kann, ein deutlich ungünstigeres Echtzeitverhalten haben, da es aufgrund der Kollision und der dadurch erforderlichen neuen Übertragung des Datenrahmens zu einer Verzögerung der Datenübertragung kommt. Media access control methods in which the data frame sent by a subscriber station can be destroyed during transmission over the channel due to a collision with another data frame transmitted by another station, have a significantly less favorable real-time behavior, since it is due to the collision and the thereby required new transmission of the Data frame comes to a delay in data transmission.
Die Protokolle des CAN eignen sich besonders zum Übertragen kurzer The protocols of the CAN are particularly suitable for transmitting short
Meldungen unter Echtzeitbedingungen. Sollen größere Datenblöcke über eine CAN-Domäne übertragen werden, dann wird die relativ geringe Bitrate des Kanals zu einem begrenzenden Faktor. Um die korrekte Funktion der bitweisen Arbitrierung zu gewährleisten, muss während der Arbitrierung für die Messages under real-time conditions. If larger data blocks are to be transmitted via a CAN domain, then the relatively low bit rate of the channel becomes a limiting factor. In order to ensure the correct function of the bitwise arbitration, must during arbitration for the
Übertragung eines Bits eine in erster Linie von der Ausdehnung des Bussystems, der Signalausbreitungsgeschwindigkeit auf dem Kanal und intrinsischen Transmission of a bit one of the extension of the bus system, the signal propagation speed on the channel and intrinsic
Verarbeitungszeiten in den Schnittstellenmodulen der Busteilnehmer abhängige Mindestdauer eingehalten werden, denn alle Busteilnehmer müssen ein einheitliches Bild des Buszustands (0 oder 1) und gleichberechtigten Zugriff auf den Buszustand haben. Die Bitrate kann durch Verringern der Dauer der einzelnen Bits daher nicht ohne weiteres erhöht werden. Processing times in the interface modules of the bus subscriber dependent minimum duration are respected, because all bus participants must have a uniform picture of the bus state (0 or 1) and equal access to the bus state. Therefore, the bit rate can not be readily increased by decreasing the duration of the individual bits.
Um dennoch einen für die Programmierung einer Steuereinheit benötigten relativ großen Datenblock über eine eigentlich für den Anschluss an eine CAN-Domäne vorgesehene Kommunikationsschnittstelle hinreichend schnell übertragen zu können, schlägt die DE 101 53 085 AI vor, die Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen des Datenblocks vorübergehend in einen anderen Nevertheless, in order to be able to transmit a relatively large data block, which is actually required for the connection to a CAN domain, sufficiently fast, DE 101 53 085 A1 proposes to temporarily transfer the communication interface for transferring the data block to another
Kommunikationsmodus umzuschalten, bei dem keine bitweise Arbitrierung durchgeführt wird und somit eine relativ hohe Bitrate möglich ist. Allerdings muss hierbei die Kommunikation mit den Protokollen des CAN für eine gewisse Zeit unterbrochen werden. Kann beispielsweise aufgrund eines Fehlers nicht mehr der Betrieb des Bussystems nach den CAN-Protokollen aufgenommen werden, dann kommt es zu einem Ausfall des Bussystems. Zudem kommt es durch dieSwitching communication mode, where no bitwise arbitration is carried out and thus a relatively high bit rate is possible. However, the communication with the protocols of the CAN must be interrupted for a certain time. If, for example, the operation of the bus system according to the CAN protocols can no longer be recorded due to an error, then the bus system will fail. It also comes through the
Übertragung eines relativ großen Datenblock zu einer erheblichen Verzögerung der nachfolgenden gemäß den Protokollen des CAN vorzunehmenden Transmission of a relatively large data block to a significant delay of the subsequent to be carried out according to the protocols of the CAN
Übertragungen, so dass die Echtzeiteigenschaften des CAN beeinträchtigt werden. Transmissions, so that the real-time characteristics of the CAN are impaired.
DE 103 11 395 AI beschreibt ein System, bei welchem die asynchrone, serielle Kommunikation alternativ über ein asymmetrisches physikalisches oder über das symmetrische physikalische CAN-Protokoll erfolgen kann, und dadurch eine höhere Datenübertragungsrate oder -Sicherheit für die asynchrone DE 103 11 395 A1 describes a system in which the asynchronous, serial communication can alternatively take place via an asymmetric physical or via the symmetrical physical CAN protocol, and thereby a higher data transmission rate or security for the asynchronous
Kommunikation erzielbar ist. Communication is achievable.
DE 10 2007 051 657 AI schlägt vor, in den exklusiven Zeitfenstern des TTCAN- Protokolles eine asynchrone, schnelle, nicht CAN-konforme Datenübertragung anzuwenden, um die übertragene Datenmenge zu erhöhen. DE 10 2007 051 657 AI proposes to use an asynchronous, fast, non-CAN-compliant data transmission in the exclusive time slots of the TTCAN protocol in order to increase the amount of data transmitted.
G. Cena und A. Valenzano behandeln in„Overclocking of Controller area networks" (Electronics Letters, Vol. 35, No. 22 (1999), S. 1924) von theoretischer Seite die Auswirkungen einer Übertaktung der Busfrequenz in Teilbereichen des Datenrahmens auf die effektiv erzielte Datenrate, ohne jedoch auf Details der Methodik und die verschiedenen Zustände und Zustandsübergänge der G. Cena and A. Valenzano discuss in "Overclocking of Controller Area Networks" (Electronics Letters, Vol. 35, No. 22 (1999), p. 1924) from the theoretical side, the effects of overclocking the bus frequency in partial areas of the data frame on the effectively achieved data rate, but without the details of the methodology and the various states and state transitions of the
Busteilnehmer einzugehen.  Bus participants to enter.
Es zeigt sich aus den zitierten Schriften, dass der Stand der Technik nicht in jeder Hinsicht befriedigende Ergebnisse liefert. It is apparent from the cited documents that the prior art does not provide satisfactory results in every respect.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu beschreiben, durch welches in einem CAN-Netzwerk Datenrahmen in kürzerer Zeit übertragen werden können und gleichzeitig wesentliche Eigenschaften des CAN hinsichtlich Fehlererkennung und Fehlerbehandlung sowie netzwerkweite Datenkonsistenz erhalten bleiben. Hierzu wird ein gegenüber dem CAN-Protokoll nach ISO 11898- 1 bis -4 (im Folgenden Norm-CAN genannt) modifiziertes The object of the invention is to describe a method by which in a CAN network data frames can be transmitted in a shorter time and at the same time essential properties of the CAN terms Error detection and error handling as well as network-wide data consistency are preserved. For this purpose, a modified from the CAN protocol according to ISO 11898-1 to -4 (hereinafter called standard CAN)
Datenübertragungsverfahren (im Folgenden Fast-CAN genannt) vorgeschlagen. Data transmission method (hereinafter called Fast-CAN) proposed.
Die beschriebene Aufgabe wird durch dieses Datenübertragungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs eins, sowie durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebene Vorrichtung gelöst. The object described is achieved by this data transmission method having the features of claim one and by the device described in the independent claims.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zeitliche Bitlänge innerhalb eines Datenrahmens mindestens zwei The described object is achieved according to the invention in that the temporal bit length within a data frame is at least two
unterschiedliche Werte annehmen kann, wobei für einen vorgebbaren Bereich innerhalb des Datenrahmens die zeitliche Bitlänge für alle Teilnehmer am Bus gleich bleibt, Wechsel der zeitlichen Bitlänge durch eine im selben Datenrahmen enthaltene Kennzeichnung signalisiert werden, und die Wechsel der zeitlichen Bitlänge durch Verwendung mindestens zweier unterschiedlicher can assume different values, wherein for a predeterminable area within the data frame, the temporal bit length remains the same for all participants on the bus, changes in the temporal bit length are signaled by an identifier contained in the same data frame, and the change of the temporal bit length by using at least two different ones
Skalierungsfaktoren zwischen einer Bus-Zeiteinheit und der kleinsten Zeiteinheit oder dem Oszillatortakt im laufenden Betrieb realisiert werden. Scaling factors between a bus time unit and the smallest unit time or the oscillator clock during operation are realized.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Modifikation des CAN-Protokolls hierbei auf ein Minimum beschränkt wird und insbesondere die Struktur der CAN- Datenrahmen zumindest für den Bereich zwischen SOF und CRC-Delimiter erhalten bleibt. Die Schnittstelle zum Anwendungs-Programm bleibt unverändert. Fast-CAN Controller können auch in Norm-CAN Netzwerken eingesetzt werden. In einem Netzwerk, das ausschließlich Teilnehmer mit Fast-CAN Controllern umfasst, schalten alle Teilnehmer nach der Arbitirierung in den schnellen Modus, so dass alle Synchronisations- und Fehlererkennungsmechanismen weiter ihre Aufgabe erfüllen können. An advantage of this method is that the modification of the CAN protocol is kept to a minimum and in particular the structure of the CAN data frames is maintained, at least for the region between SOF and CRC delimiter. The interface to the application program remains unchanged. Fast CAN controllers can also be used in standard CAN networks. In a network that includes only subscribers with fast CAN controllers, all subscribers switch to fast mode after arbitering so that all synchronization and error detection mechanisms can continue to perform their task.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass ein Norm-CAN Controller nur minimal geändert werden muss, um als Fast-CAN Controller arbeiten zu können. Ein Fast-CAN Controller, der auch als Norm-CAN Controller arbeiten kann, ist nur unwesentlich größer als ein Norm-CAN Controller. Das Anwendungs-Programm muss nicht geändert werden, es können auch weite Teile des CAN-Conformance-Tests (ISO 16845) übernommen werden. Another advantage of this method is that a standard CAN controller has to be changed only minimally in order to be able to work as a fast CAN controller. A Fast-CAN controller, which can also work as a standard CAN controller, is only marginally larger than a standard CAN controller. The The application program does not have to be changed, but also large parts of the CAN conformance test (ISO 16845) can be adopted.
Die Verkürzung der Bitlänge erfolgt für ereignisgesteuerte Kommunikation mit Arbitrierung erst nach erfolgter Arbitrierung, da wie weiter oben geschildert für die Arbitrierung busweite Datenkonsistenz erforderlich ist. Es ist darüber hinaus aber auch möglich, das Fast-CAN Protokoll mit dem TTCAN-Protokoll zu kombinieren, denn auch im TTCAN werden alle Daten in CAN-Datenrahmen übertragen, deren prinzipieller Aufbau den Vorgaben der ISO 11898-1 entspricht. In diesem Fall könnten zumindest in den exklusiven Zeitfenstern der TTCAN-Matrix, in denen keine Arbitrierung stattfindet, sondern der Buszugriff exklusiv vergeben wird, auch das Adressfeld und das Control Field ganz oder teilweise mit verkürzter Bitlänge übertragen werden. The shortening of the bit length is done for event-controlled communication with arbitration only after the arbitration, as described above for the arbitration bus-wide data consistency is required. However, it is also possible to combine the Fast-CAN protocol with the TTCAN protocol, because even in the TTCAN, all data is transferred to CAN data frames whose basic structure complies with the specifications of ISO 11898-1. In this case, at least in the exclusive time slots of the TTCAN matrix, in which no arbitration takes place, but the bus access is exclusively assigned, the address field and the control field could be transmitted in whole or in part with shortened bit length.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Übergänge zwischen den verschiedenen Bitlängen durch ein einfaches Statusmodell mit einfach umsetzbaren Furthermore, it is advantageous that the transitions between the different bit lengths by a simple status model with easy to implement
Übergangsbedingungen beschrieben werden können. Transition conditions can be described.
Ebenfalls von Vorteil ist, dass die Umschaltung der Bitlänge durch eine einfache Anpassung des Skalierungsfaktors zwischen Oszillatorperiode bzw. kleinster Zeiteinheit und Bus-Zeiteinheit beispielsweise mittels des Baud Rate Prescalers erfolgen kann. Voraussetzung ist hierbei natürlich, dass die Oszillatorperiode ausreichend kurz ist. It is also advantageous that the switching of the bit length can be done by a simple adjustment of the scaling factor between the oscillator period or the smallest unit of time and bus time unit, for example by means of the Baud Rate Prescalers. The prerequisite here is of course that the oscillator period is sufficiently short.
Zeichnungen drawings
Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Figur 1 zeigt schematisch ein Zustandsdiagramm mit den verschiedenen Figure 1 shows schematically a state diagram with the various
Zuständen, die ein Fast-CAN Controller bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens einnehmen kann, sowie den Übergangsbedingungen. States, which can take a fast-CAN controller with respect to the method according to the invention, as well as the transition conditions.
Figur 2 zeigt ein Beispiel für die von der Übertragungsrate abhängig Figure 2 shows an example of the dependent on the transmission rate
unterschiedlichen Einstellungen des Bit-Timing. Figur 3 zeigt die Struktur eines CAN-Datenrahmens im Standard Format und im Extended Format mit der erfindungsgemäßen Aufteilung in Bereiche different settings of the bit timing. FIG. 3 shows the structure of a CAN data frame in the standard format and in the extended format with the division into ranges according to the invention
unterschiedlicher Bitlänge und mit der Kennzeichnung durch ein reserviertes Bit. different bit length and with the identification by a reserved bit.
Figur 4 zeigt ein Beispiel für die Erweiterung des Bereiches reduzierter Bitlänge bei Kombination des Verfahrens mit dem zeitgesteuerten Übertragungsverfahren des TTCAN-Protokolls, dargestellt durch eine System- Matrix. FIG. 4 shows an example of the extension of the area of reduced bit length in combination of the method with the time-controlled transmission method of the TTCAN protocol, represented by a system matrix.
Figur 5 zeigt die eine Möglichkeit zur Aufteilung eines Datenrahmens in einem exklusiven TTCAN-Zeitfenster in Bereiche unterschiedlicher Bitlänge. FIG. 5 shows the one possibility for dividing a data frame in an exclusive TTCAN time window into regions of different bit length.
Figur 6 zeigt die gegenüber dem Stand der Technik erweiterten FIG. 6 shows that which has been extended compared with the prior art
Akzeptanzkriterien für CRC-Delimiter oder Acknowledge-Bit. Acceptance criteria for CRC delimiter or acknowledge bit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäßes Verfahren und die Vorrichtung beschrieben. Diese konkreten Beispiele werden zur In the following, exemplary embodiments of the method and the device according to the invention will be described. These concrete examples become the
Erläuterung der Ausführung eingesetzt, beschränken aber nicht den Umfang des Erfindungsgedankens. Explanation of execution used, but do not limit the scope of the inventive concept.
Zunächst werden in einem ersten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren 1 bis 3 die Zustände des erfindungsgemäßen Fast-CAN Controllers und die zugehörigen Datenübertragungs- Eigenschaften, sowie deren Übergänge und die hierfür notwendigen Übergangsbedingungen beschrieben. First, the states of the fast-CAN controller according to the invention and the associated data transmission properties, as well as their transitions and the necessary transition conditions are described in a first embodiment with reference to Figures 1 to 3.
Figur 1 stellt die drei Betriebs-Zustände des Fast-CAN-Controllers dar: Norm- CAN 101, Fast-CAN-Arbitration 102 und Fast-CAN-Data 103. FIG. 1 illustrates the three operating states of the fast CAN controller: standard CAN 101, fast CAN arbitration 102 and fast CAN data 103.
Im Betriebs-Zustand Norm-CAN 101 arbeitet er nach dem Norm-CAN Protokoll. Im Betriebs-Zustand Fast-CAN-Arbitration 102 verhält er sich wie ein Norm-CAN Controller, kann aber auch in den Fast-CAN-Data Zustand 103 wechseln. Im Fast-CAN-Data Zustand 103 arbeitet er wie ein Norm-CAN Controller, aber mit einer kürzeren Bit-Time. Der Controller befindet sich nach dem Einschalten im Fast-CAN-Arbitration Modus 102, wenn dies durch das Anwendungs-Programm angefordert wird. Andernfalls befindet er sich nach dem Einschalten im Norm- CAN Modus 101. In the operating state standard CAN 101, it works according to the standard CAN protocol. In the operating state fast CAN arbitration 102 it behaves like a standard CAN controller, but can also change to the fast CAN data state 103. In Fast-CAN-Data state 103, it works like a standard CAN controller, but with a shorter bit-time. The controller is in fast-fast arbitration mode 102 when turned on by the application program is requested. Otherwise, it is in standard CAN mode 101 after being switched on.
Es ist ein Wechsel der zeitlichen Bitlänge durch eine Veränderung des It is a change of the temporal bit length by a change of the
Skalierungsfaktors („Prescaler") zwischen der Bus-Zeiteinheit („time quantum") und der kleinsten Zeiteinheit („minimum time quantum") oder dem Oszillatortakt im laufenden Betrieb vorgesehen. Dadurch wird die Länge der Bus-Zeiteinheiten und somit die Länge der Bits eingestellt. Die Bit-Time-Segmente, deren Länge in Bus-Zeiteinheiten gemessen wird, bleiben unverändert, ebenso die Regeln zur Resynchron isation und die Lage des Sample-Points. In den Zuständen Fast-Scaling factor ("Prescaler") between the bus time unit ("time quantum") and the minimum time unit ("minimum time quantum") or the oscillator clock during operation provided, thereby the length of the bus time units and thus the length of the bits The bit-time segments whose length is measured in bus time units remain unchanged, as well as the rules for resynchronization and the position of the sample point.
CAN-Arbitration 102 und Norm-CAN 101 wird die lange Bus-Zeiteinheit verwendet, im Zustand Fast-CAN-Data 103 die kurze Bus-Zeiteinheit. Alternativ können auch die Einstellungen der Bit-Time-Segmente je nach Zustand und verwendeter Bus-Zeiteinheit verändert werden, was im Zusammenhang mit Figur 2 näher ausgeführt wird. CAN arbitration 102 and standard CAN 101 the long bus time unit is used, in the state Fast CAN data 103 the short bus time unit. Alternatively, the settings of the bit-time segments can be changed depending on the state and bus time unit used, which is explained in more detail in connection with Figure 2.
Im Fast-CAN-Arbitration Zustand 102 wird beispielsweise als Kennzeichnung das „reserved bit" R0, das im CAN Frame vor dem Data Length Code DLC liegt, rezessiv gesendet. Im Norm-CAN Protokoll ist spezifiziert, dass dieses Bit dominant gesendet werden muss. Wenn ein Fast-CAN Controller dieses Bit dominant empfängt, wechselt er dauerhaft in den Norm-CAN Zustand For example, in the fast-CAN arbitration state 102, the "reserved bit" R0, which is located in front of the data length code DLC in the CAN frame, is sent in recessive fashion. If a fast CAN controller receives this bit dominant, it changes permanently to the standard CAN state
(Zustandswechsel Tl oder T2). Dadurch wird sichergestellt, dass Fast-CAN und Norm-CAN Controller im selben Netz eingesetzt werden können und dann beide im Norm-CAN Protokoll arbeiten. Es kann auch ein anderes Bit als (State change Tl or T2). This ensures that Fast CAN and standard CAN controllers can be used in the same network and then both work in the standard CAN protocol. It can also be a different bit than
Kennzeichnung ausgewählt werden, für das im Norm-CAN Protokoll ein festerBe selected for the standard CAN protocol a fixed
Wert spezifiziert ist. Value is specified.
Ein Fast-CAN Controller im Zustand Fast-CAN-Arbitration 102, der als A fast-CAN controller in the state Fast-CAN-Arbitration 102, which as
Kennzeichnung beispielsweise das„reserved bit" R0 vor dem DLC rezessiv empfängt oder es erfolgreich rezessiv sendet, schaltet ab dem Sample- Point dieses Bits auf die kürzere Bus-Zeiteinheit um, indem er den Skalierungsfaktor umschaltet, und wechselt in den Zustand Fast-CAN-Data 103 (Zustandswechsel T3). Der Zustandswechsel kann auch mit einem zumindest näherungsweise konstanten Zeitabstand oder nach Ablauf einer definierten Anzahl von Bus- Zeiteinheiten nach dem Sample-Point erfolgen. Ein Fast-CAN Controller im Zustand Fast-CAN-Data 103 bleibt in diesem Flag, for example, receives the "reserved bit" R0 recessively before the DLC or sends it successfully recessively, switches from the sample point of this bit to the shorter bus time unit by switching over the scaling factor, and changes to the state Fast-CAN. Data 103 (state change T3) The state change can also take place with an at least approximately constant time interval or after expiration of a defined number of bus time units after the sample point. A Fast-CAN controller in the state Fast-CAN-Data 103 remains in this
Zustand, bis eine von zwei Bedingungen eintrifft: Condition until one of two conditions arrives:
(A) Er sieht einen Grund, einen CAN- Error- Frame zu starten, oder  (A) He sees a reason to start a CAN error frame, or
(B) es wird im CAN-Frame der CRC-Delimiter erreicht.  (B) the CRC delimiter is reached in the CAN frame.
Wenn (A) oder (B) erfüllt ist, schaltet der Controller zurück in den Zustand Fast- CAN-Arbitration 102 (Zustandswechsel T4).  If (A) or (B) is satisfied, the controller switches back to the state Fast-CAN-Arbitration 102 (state change T4).
In dem Bereich zwischen DLC und CRC-Delimiter gibt es nach dem CAN- Protokoll zwei Gründe, einen Error- Frame zu starten: (AI) der Transmitter sieht einen Bit- Error oder (A2) ein Receiver sieht einen Stuff- Error. Am Ende des evtl. überlagerten Error-Flags, dem Beginn des Error-Delimiters, sind alle Controller im Netzwerk im Zustand Fast-CAN-Arbitration 102. In the area between DLC and CRC delimiter there are two reasons to start an error frame according to the CAN protocol: (AI) the transmitter sees a bit error or (A2) a receiver sees a stuff error. At the end of the possibly superimposed error flag, the beginning of the error delimiter, all controllers in the network are in the state Fast-CAN-Arbitration 102.
Sowohl in (AI) und (A2), als auch in (B) erfolgt der Wechsel T4 in den Zustand Fast-CAN-Arbitration 102 und somit die Umschaltung des Skalierungsfaktors an dem Sample-Point, an dem die Bedingung eintrifft, oder mit einem zumindest näherungsweise konstanten Zeitabstand zu diesem. Der Zustandswechsel kann auch nach Ablauf einer definierten Anzahl von Bus-Zeiteinheiten nach dem Sample-Point erfolgen, beispielsweise am Ende des Phase Buffer Segment 2 (vergleiche Figur 2). Both in (AI) and (A2), as well as in (B), the change T4 in the state Fast-CAN arbitration 102 and thus the switching of the scaling factor at the sample point, where the condition arrives, or with a at least approximately constant time interval to this. The state change can also take place after the expiration of a defined number of bus time units after the sample point, for example at the end of the phase buffer segment 2 (see FIG. 2).
Figur 2 beschreibt die Aufteilung jedes übertragenen Bits in Bit-Time-Segmente, deren Länge in Bus-Zeiteinheiten gemessen wird. Diese Einstellungen werden üblicherweise in jedem Busteilnehmer konfiguriert und dienen dazu, Figure 2 describes the division of each transmitted bit into bit-time segments whose length is measured in bus time units. These settings are usually configured in each bus user and serve to
Signallaufzeiten auf dem Bus und Toleranzen unter den verwendeten Taktgebern oder Oszillatoren auszugleichen. In erfindungsgemäßen Fast-CAN Controllern kann es nun vorgesehen werden, dass die Einstellungen der Bit-Time-Segmente je nach Zustand und / oder aktuell verwendeter Bus-Zeiteinheit individuell vorgenommen werden. Hierzu müssen die entsprechenden Register, in denen die Konfigurationseinstellungen abgelegt werden, doppelt vorgesehen werden. Im ausgeführten Beispiel sind die einzelnen Segmente für ein Bit 210 bei einer Bus-Zeiteinheit von 200 ns sowie die Segmente für vier aufeinander folgende Bits 220 bei einer Bus-Zeiteinheit von 50 ns dargestellt. Für Bit 210 ist das Propagation Time Segment nur eine Bus-Zeiteinheit lang, während Phase Buffer Segment 1 und 2 jeweils 4 Bus-Zeiteinheiten einnehmen. Bei jedem Bit aus 220 beträgt hingegen die Länge von Propagation Time Segment sowie Phase Buffer Segment 1 und 2 jeweils 3 Bus-Zeiteinheiten. Signal delay on the bus and compensate for tolerances among the clocks or oscillators used. In fast-CAN controllers according to the invention, it can now be provided that the settings of the bit-time segments are made individually depending on the state and / or currently used bus time unit. For this, the corresponding registers in which the configuration settings are stored must be doubled. In the example shown, the individual segments are shown for a bit 210 at a bus time unit of 200 ns and the segments for four consecutive bits 220 at a bus time unit of 50 ns. For bit 210, the propagation time segment is only one bus time unit long, while phase buffer Segment 1 and 2 each occupy 4 bus time units. For each bit of 220, however, the length of Propagation Time Segment and Phase Buffer Segments 1 and 2 are each 3 bus time units.
In den Zuständen Fast-CAN-Arbitration 102 und Norm-CAN 101 wird die lange Bus-Zeiteinheit verwendet und die Bit-Time-Segmente entsprechen denen des dargestellten Bit 210, im Zustand Fast-CAN-Data 103 wird die kurze Bus- Zeiteinheit verwendet und die Bit-Time-Segmente entsprechen denen des dargestellten Bit 220. In the states Fast-CAN-Arbitration 102 and Norm-CAN 101, the long bus time unit is used and the bit-time segments correspond to those of the illustrated bit 210; in the state Fast-CAN-Data 103, the short bus time unit is used and the bit-time segments correspond to those of the illustrated bit 220.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, im erfindungsgemäßen Fall im Zustand Fast-CAN-Data das Propagation Time Segment möglichst klein, also In particular, it may be advantageous, in the case of the invention in the state Fast-CAN-Data, the propagation time segment as small as possible, ie
beispielsweise nur eine Bus-Zeiteinheit lang, zu wählen, und die beiden Phase Buffer Segmente entsprechend möglichst groß zu wählen, um Oszillator- Toleranzen, die insbesondere bei den hohen Übertragungsraten im Zustand Fast-CAN-Data relevant werden können, möglichst gut durch den CAN- Resynchronisierungs-Mechanismus ausgleichen zu können. For example, only one bus time unit long to choose, and to select the two phase buffer segments as large as possible to oscillator tolerances that can be relevant especially in the case of high transmission rates in the state Fast-CAN-Data, as well as possible by the CAN - be able to compensate for resynchronization mechanism.
Anhand Figur 3 wird im folgenden der Aufbau der verwendeten Datenrahmen, die Bereiche mit unterschiedlicher Bitlänge, deren Abhängigkeit vom jew. With reference to Figure 3, the structure of the data frame used, the areas with different bit length, their dependence on jew.
Zustand des Controllers und die erfindungsgemäße Kennzeichnung erläutert. State of the controller and the inventive label explained.
Figur 3 zeigt die Struktur eines CAN-Datenrahmens gem. IS011898-1 in den zwei möglichen Varianten, dem Standard Format und dem Extended Format. Für beide Varianten sind die Bereiche eingezeichnet, in denen erfindungsgemäß zwischen den Zuständen Fast-CAN-Arbitration 102 und Fast-CAN-Data 103 umgeschaltet wird. Ebenfalls dargestellt ist die damit einhergehende FIG. 3 shows the structure of a CAN data frame according to FIG. IS011898-1 in the two possible variants, the standard format and the extended format. For both variants, the areas are plotted, in which according to the invention between the states fast CAN arbitration 102 and fast CAN data 103 is switched. Also shown is the associated
Umschaltung der Bitlänge, sowie die entsprechende Veränderung des Switching the bit length, as well as the corresponding change of the
Skalierungsfaktors. Schließlich wird noch die in diesem Ausführungsbeispiel gewählte Position der erfindungsgemäßen Kennzeichnung im„reserved bit" R0, das vor dem DLC übertragen wird, dargestellt. Scaling factor. Finally, the position of the inventive marker selected in this exemplary embodiment is also displayed in the "reserved bit" R0, which is transmitted before the DLC.
Den Nutzen des im ersten Ausführungsbeispiel dargestellten Verfahrens für die Datenübertragungsrate veranschaulicht die folgende Rechnung: Es wird von einer Länge des Datenfeldes von 8 Byte, von Datenrahmen im Standard Format mit 11 Bit Adressierung, sowie von einer Baudrate von 500 kBit/s ausgegangen. Des weiteren wird angenommen, dass der Skalierungsfaktor nach dem„reserved bit" RO um einen Faktor vier erhöht wird. In diesem Fall würde die Bitlänge also nach dem„reserved bit" R0 von 2 Mikrosekunden auf 0,5 Mikrosekunden reduziert. Es werden bei Vernachlässigung von möglichen Stuff-Bits in diesemThe utility of the data transfer rate method illustrated in the first embodiment is illustrated by the following calculation: It is assumed to be 8 bytes long of data field, standard format data frames with 11-bit addressing, as well as a baud rate of 500 kBit / s. Furthermore, it is assumed that the scaling factor after the "reserved bit" RO is increased by a factor of four, in which case the bit length would be reduced from 2 microseconds to 0.5 microseconds after the "reserved bit" R0. It will be neglected by possible stuff bits in this
Beispiel pro Datenrahmen 27 Bit (SOF, Identifier, RTR, IDE, rO, ACK-Field, EOF, Intermission) mit der normalen Bitlänge und 84 Bit (DLC, Data, CRC, CRC- Delimiter) mit der verkürzten Bitlänge übertragen, wodurch sich eine effektive Übertragungsleistung von 111 Bit in 96 Mikrosekunden ergibt. Dies entspricht bei gleicher angenommener Busauslastung einer Datenübertragungsrate, die gegenüber der nicht modifizierten Norm-CAN Übertragung um einen Faktor 2,3 erhöht ist. Example per data frame 27 bits (SOF, Identifier, RTR, IDE, r0, ACK-Field, EOF, Intermission) with the normal bit length and 84 bit (DLC, Data, CRC, CRC delimiter) transmitted with the shortened bit length, which causes gives an effective transmission power of 111 bits in 96 microseconds. This corresponds to the same assumption bus utilization of a data transmission rate, which is increased compared to the unmodified standard CAN transmission by a factor of 2.3.
Geht man bei ansonsten gleichen Bedingungen vom Extended Format mit 29 Bit Adressierung aus, werden pro Datenrahmen 47 Bit mit der normalen Bitlänge und 84 Bit mit der verkürzten Bitlänge übertragen, wodurch sich eine effektive Übertragungsleistung von 131 Bit in 136 Mikrosekunden ergibt. Dies entspricht bei gleicher angenommener Busauslastung einer gegenüber der normalen Übertragungsleistung um einen Faktor 1,9 erhöhten Datenübertragungsrate. Assuming the 29-bit extended format is used under otherwise identical conditions, 47 bits with the normal bit length and 84 bits with the shortened bit length are transmitted per data frame, resulting in an effective transmission power of 131 bits in 136 microseconds. This corresponds to the same assumption bus utilization of a compared to the normal transmission power by a factor of 1.9 increased data transmission rate.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der Figuren 4 und 5 dargestellt. A further exemplary embodiment is illustrated below with reference to FIGS. 4 and 5.
Figur 4 zeigt eine System-Matrix eines TTCAN -Netzwerkes gem. IS011898-4 mit den dort beschriebenen Basiszyklen und Zeitfenstern. Es gibt Zeitfenster, die mitFIG. 4 shows a system matrix of a TTCAN network according to FIG. IS011898-4 with the base cycles and time windows described there. There are timeslots that with
„Message A",„Message C", etc. bezeichnet sind, die exklusiv für die Übertragung bestimmter Datenrahmen zur Verfügung stehen, während in anderen "Message A", "Message C", etc., which are available exclusively for the transmission of certain data frames, while in others
Zeitfenstern, die mit„Arbitration" bezeichnet sind, der Buszugriff durch gewöhnliche CAN-Arbitirierung vergeben wird. Time slots labeled "Arbitration" that is granted bus access through ordinary CAN arbitering.
Im zweiten Ausführungsbeispiel werden alle Datenrahmen, für die nichts anderes beschrieben ist, gemäß dem Verfahren aus dem ersten Ausführungsbeispiel behandelt. Darüber hinaus wird für bestimmte, vorab festgelegte, exklusiv vergebene Zeitfenster eine Verkürzung der Bitlänge durch Anpassung des Skalierungsfaktors schon früher, beispielsweise ab dem SOF-Bit vorgenommen und beispielsweise bis zum Ende des CRC- Feldes aufrechterhalten. Ein Beispiel für einen derartig modifiziert übertragenen Datenrahmen ist in Figur 5 dargestellt. Als Kennzeichnung für die bevorstehende schnelle Übertragung kann In the second embodiment, all data frames for which nothing else is described are handled according to the method of the first embodiment. In addition, a shortening of the bit length by adjusting the scaling factor earlier, for example, starting from the SOF bit is made for certain, pre-defined, exclusively assigned time window and maintained, for example, until the end of the CRC field. An example of such a modified transmitted data frame is shown in FIG. As labeling for the upcoming fast transfer can
beispielsweise ein reserviertes Bit der vorangehenden Referenzbotschaft herangezogen werden. Das Setzen dieses Bits würde im beschriebenen Fall signalisieren, dass die Datenrahmen, die im folgenden Basiszyklus in exklusiven Zeitfenstern übertragen werden, bereits ab dem SOF-Bit und bis zum Ende des CRC- Feldes beschleunigt, das heißt mit reduzierter Bitlänge übertragen werden. For example, a reserved bit of the previous reference message can be used. The setting of this bit would signal in the case described that the data frames that are transmitted in the following basic cycle in exclusive time windows, already accelerated from the SOF bit and to the end of the CRC field, that is transmitted with reduced bit length.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist es denkbar, dass lediglich diejenigen exklusive Datenrahmen, die in jedem Basiszyklus, also mit Wiederholungsfaktor eins übertragen werden, durch das Verfahren zusätzlich beschleunigt werden. Dieser Fall ist in Figur 4 dargestellt. In der beispielhaft dargestellten System- Matrix würden dann die mit„Message A" und„Message C" bezeichneten In a preferred embodiment, it is conceivable that only those exclusive data frames which are transmitted in each basic cycle, that is to say with a repetition factor of one, are additionally accelerated by the method. This case is shown in FIG. In the system matrix shown by way of example, the words "Message A" and "Message C" would then be used
Datenrahmen nach dem erläuterten Verfahren beschleunigt übertragen werden, mit einer entsprechenden Kennzeichnung in der jeweils vorangehenden Data frame according to the method described accelerated transfer, with a corresponding label in the preceding
Referenzbotschaft. Reference message.
Für das im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren ist es auch möglich, auf die Kennzeichnung zu verzichten und festzulegen, dass in allen exklusiven Zeitfenstern die Datenrahmen grundsätzlich in einem festgelegten Bereich wie zum Beispiel zwischen SOF-Bit und dem Ende des CRC-Feldes mit verkürzter Bitlänge übertragen werden. Aus diesem Grund ist in Figur 4 die Kennzeichnung mit dem Hinweis„optional" versehen. For the method described in the second embodiment, it is also possible to dispense with the labeling and to specify that in all exclusive time windows the data frames basically transmit in a fixed range such as between SOF bit and the end of the CRC field with shortened bit length become. For this reason, the identification is provided with the reference "optional" in FIG.
Den Nutzen des Verfahrens im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist höher als im ersten Beispiel, da auch die Bits von Arbitration und Control Field innerhalb der exklusiven Zeitfenster schnell übertragen werden. Die tatsächlich erreichte Datenübertragungsrate hängt zumindest vom Anteil der exklusiven Zeitfenster und der Adressierungsart ab. The benefit of the method in the illustrated second embodiment is higher than in the first example, as well as the bits of arbitration and control field are transmitted quickly within the exclusive time window. The data transfer rate actually achieved depends at least on the proportion of exclusive time slots and the type of addressing.
Ein gegenüber dem in der ISO 11898-1 spezifizierten Verfahren modifiziertes Verfahren kann im Fast-CAN Controller für die Behandlung der A method modified from that specified in ISO 11898-1 can be used in the Fast-CAN controller for the treatment of
Sendebestätigung (CRC-Delimiter und Acknowledge-Slot) erforderlich sein, wie in Figur 6 näher erläutert wird. In Figur 6 unter„A" dargestellt ist der ideale Ablauf des Überganges vom Zustand Fast-CAN-Data nach Fast-CAN-Arbitration bei sehr kurzen internen Send confirmation (CRC delimiter and Acknowledge slot) may be required, as will be explained in more detail in Figure 6. Shown in FIG. 6 under "A" is the ideal sequence of the transition from the state Fast-CAN-Data to Fast-CAN-Arbitration for very short internal ones
Verarbeitungs- und Signallaufzeiten. Der Sender sendet den CRC-Delimiter als ein einziges, rezessives Bit und wechselt gemäß den vorausgehend Processing and signal transit times. The transmitter sends the CRC delimiter as a single, recessive bit and changes in accordance with the previous one
beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beispielsweise am Sample-Point dieses CRC-Delimiter Bits oder nach Verstreichen des Phase Buffer Segments 2 in den Fast-CAN-Arbitration Zustand. Auch die Empfänger wechseln beispielsweise an dieser Bit-Position in den Zustand Fast-CAN- Arbitration. Diese Zustandsübergänge T4 mit der Rücksetzung des described embodiments of the present invention, for example, at the sample point of this CRC delimiter bit or after the phase buffer segment 2 in the fast CAN arbitration state. The receivers also change to the fast-CAN-arbitration state at this bit position, for example. These state transitions T4 with the resetting of the
Skalierungsfaktors können, etwa aufgrund von Signallaufzeiten oder internen Verarbeitungszeiten, in den verschiedenen Busteilnehmern zu nicht exakt übereinstimmenden Zeitpunkten stattfinden. Die beteiligten Busteilnehmer setzen also zu nicht exakt übereinstimmenden Zeitpunkten ihren Skalierungsfaktor für die Bus-Zeiteinheit wieder in den Ausgangszustand. Daraus resultieren für die Busteilnehmer unterschiedliche Startzeitpunkte des nächsten Bits. Scaling factors can take place, for example due to signal propagation times or internal processing times, in the various bus subscribers at times that are not exactly the same. The participating bus subscribers thus set their scaling factor for the bus time unit back to their original state at not exactly coincident times. This results in different start times of the next bit for the bus users.
Nach Empfang des CRC-Delimiter sendet jeder Empfänger, wenn sein CRC- Check positiv war, ein einzelnes dominantes Acknowledge-Bit. Geschieht dies relativ spät, weil beispielsweise die Empfänger an entfernten Enden des Busses angeschlossen sind, kann das rezessive CRC-Delimiter-Bit länger als ein Bit erscheinen. Dieser Fall ist in Figur 6 unter„B" dargestellt. Durch Überlagerung von Acknowledge-Bits kann zudem der Acknowledge-Slot länger als ein Bit erscheinen, wie in Figur 6 unter„C" dargestellt ist. Um die phasenverschobenen Sendezeitpunkte dieser Acknowledge-Bits gegebenenfalls auszugleichen, kann die Behandlung dieser Bits in Fast-CAN Controllern dahingehend verändert werden, dass im Zustand Fast-CAN-Arbitration ein dominanter Acknowledge-Slot von ein oder zwei Bit Länge, der direkt nach dem CRC-Delimiter oder auch ein Bit später beginnt, als gültiges Acknowledge anerkannt wird. Upon receipt of the CRC delimiter, if its CRC check was positive, each receiver sends a single dominant acknowledge bit. If this happens relatively late, for example because the receivers are connected to remote ends of the bus, the recessive CRC delimiter bit may appear longer than one bit. This case is shown under "B" in FIG. 6. Moreover, by superimposing acknowledge bits, the acknowledge slot can appear longer than one bit, as shown in FIG. In order to compensate for the phase-shifted transmission times of these acknowledge bits, if necessary, the handling of these bits in Fast-CAN controllers can be modified such that in the state Fast-CAN-Arbitration a dominant acknowledge slot of one or two bits in length, directly after the CRC Delimiter or even a bit later begins when valid acknowledge is acknowledged.
Durch die fallende Flanke des Acknowledge-Bit sind anschließend die The falling edge of the acknowledge bit then the
Busteilnehmer im Rahmen des üblichen Resynchronisations-Mechanismus wieder synchronisiert. Wenn vom Sender nach dem ersten Bit des CRC- Delimiters nicht nur ein, sondern zwei weitere rezessive Bits empfangen werden, ist dies für ihn ein Acknowledge- Error. Wenn nach dem zweiten dominanten Acknowledge- Bit ein drittes dominantes Bit empfangen wird, ist dies für alle ein Format- Error. Bus participants synchronized again under the usual resynchronization mechanism. If the sender not only receives one but two additional recessive bits after the first bit of the CRC delimiter, this is an acknowledge error for him. If after the second dominant Acknowledge bit is received a third dominant bit, this is a format error for all.
Auf den Acknowledge-Slot folgt, wie im Norm-CAN, ein rezessiver Acknowledge- Delimiter, der ein Bit lang ist. Wie im Norm-CAN wird ein Fast-CAN Empfänger, der einen CRC- Fehler erkannt hat, den Error- Frame erst in dem Bit nach dem The acknowledge slot is followed, as in standard CAN, by a recessive acknowledge delimiter that is one bit long. As in the standard CAN, a Fast-CAN receiver that has detected a CRC error will not display the error frame until after the bit
Acknowledge-Delimiter starten. Start acknowledge delimiter.
Zusammenfassend liegt durch die dargestellte Erfindung eine Lösung für die gestellte Aufgabe vor, ein Verfahren zu beschreiben, durch welches in einem CAN-Netzwerk Datenrahmen in kürzerer Zeit übertragen werden können und gleichzeitig wesentliche Eigenschaften des CAN hinsichtlich Fehlererkennung und -Behandlung sowie netzwerkweite Datenkonsistenz erhalten bleiben. In summary, the presented invention provides a solution to the stated problem of describing a method by which data frames can be transmitted in a CAN network in a shorter time and at the same time retain essential properties of the CAN with regard to error detection and treatment as well as network-wide data consistency.

Claims

Ansprüche claims
1) Verfahren zur Datenübertragung in einem Netzwerk mit mindestens zwei teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten, die über das Netzwerk 1) A method for data transmission in a network with at least two participating data processing units, over the network
Datenrahmen austauschen, Exchange data frames,
wobei die gesendeten Datenrahmen eine logische Struktur gemäß der CAN-wherein the transmitted data frames have a logical structure according to the CAN
Spezifikation ISO 11898-1 aufweisen, Specification ISO 11898-1,
wobei die zeitliche Bitlänge innerhalb eines Datenrahmens mindestens zwei unterschiedliche Werte annehmen kann, wherein the temporal bit length within a data frame can assume at least two different values,
wobei für einen ersten vorgebbaren Bereich innerhalb des Datenrahmens die zeitliche Bitlänge größer oder gleich einem vorgegebenen Minimalwert von etwa einer Mikrosekunde ist und in mindestens einem zweiten vorgebbaren Bereich innerhalb des Datenrahmens die zeitliche Bitlänge gegenüber dem ersten Bereich zumindest halbiert, vorzugsweise kleiner als halbiert ist, wherein for a first predeterminable area within the data frame, the temporal bit length is greater than or equal to a predetermined minimum value of about one microsecond and in at least a second predeterminable area within the data frame, the temporal bit length is at least halved compared to the first area, preferably smaller than halved,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
Wechsel der zeitlichen Bitlänge durch Verwendung mindestens zweier unterschiedlicher Skalierungsfaktoren zur Einstellung der Bus-Zeiteinheit relativ zu einer kleinsten Zeiteinheit oder dem Oszillatortakt im laufenden Betrieb realisiert werden. 2) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiteChanging the temporal bit length can be realized by using at least two different scaling factors for setting the bus time unit relative to a minimum time unit or the oscillator clock during operation. 2) Method according to claim 1, characterized in that the second
Bereich von den Busteilnehmern unmittelbar nach Erkennung eines Grundes zum Start eines Error- Frames oder unmittelbar nach Erreichen des für die Rückumschaltung festgelegten Bits endet und der Skalierungsfaktor in den Busteilnehmern auf den Wert des ersten Bereiches gesetzt wird. Range of bus subscribers immediately after detecting a reason for the start of an error frame or immediately after reaching the set for the return switching bit ends and the scaling factor is set in the bus participants to the value of the first range.
3) Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Buszugriff durch die in der ISO 11898-1 beschriebene Arbitrierung vergeben wird und der vorgebbare zweite Bereich innerhalb des Datenrahmens frühestens mit dem ersten Bit des Data Length Code beginnt und spätestens mit dem Bit des CRC Delimiter endet. 4) Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechsel der zeitlichen Bitlänge durch eine innerhalb des ersten vorgebbaren Bereiches liegende Kennzeichnung signalisiert werden. 3) Method according to claim 1 or 2, characterized in that the bus access is assigned by the arbitration described in ISO 11898-1 and the predetermined second area within the data frame begins at the earliest with the first bit of the data length code and at the latest with the bit of the CRC Delimiter ends. 4) Method according to claim 1 to 3, characterized in that the changes of the temporal bit length are signaled by a lying within the first predetermined range label.
5) Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennzeichnung ein reserviertes Bit innerhalb des Control Field des 5) Method according to claim 4, characterized in that the identifier is a reserved bit within the control field of the
Datenrahmens ist. Data frame is.
6) Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Buszugriff durch das in der ISO 11898-4 beschriebene, zeitgesteuerte Verfahren vergeben wird und der vorgebbare zweite Bereich innerhalb des Datenrahmens frühestens mit dem Start of Frame Bit des Datenrahmens beginnt und spätestens mit dem Bit des CRC Delimiter endet. 6) Method according to claim 1 or 2, characterized in that the bus access is assigned by the time-controlled method described in ISO 11898-4 and the predeterminable second area within the data frame starts at the earliest with the start of frame bit of the data frame and at the latest the bit of the CRC delimiter ends.
7) Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Adressen der Datenrahmen und die Bereiche innerhalb der 7) Method according to claim 1 or 2 or 6, characterized in that the addresses of the data frames and the areas within the
Datenrahmen, in denen ein Wechsel der zeitlichen Bitlänge stattfindet, im Data frames in which a change of the temporal bit length takes place, in
Rahmen der Konfiguration der zeitgesteuerten Bus- Kommunikation festgelegt werden. Be set as part of the configuration of the timed bus communication.
8) Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechsel der zeitlichen Bitlänge durch eine in der zuvor versendeten Referenzbotschaft liegende Kennzeichnung signalisiert werden. 8) Method according to claim 1 or 2 or 6, characterized in that the changes in the temporal bit length are signaled by a label located in the previously sent reference message.
9) Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zum zweiten Bereich in den Busteilnehmern unmittelbar nach Erkennung der für die Umschaltung festgelegten 9) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transition to the second area in the bus subscribers immediately after detecting the set for switching
Kennzeichnung oder des für die Umschaltung festgelegten Bits durchgeführt wird und der Skalierungsfaktors umgestellt wird. Marking or the bit specified for the switchover and the scaling factor is changed over.
10) Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsprotokoll dahingehend verändert wird, dass sendende Busteilnehmer gegenüber der Spezifikation ISO 11898-1 eine um ein Bit zu späte Bestätigung (Acknowledge) des korrekten Empfanges eines Datenrahmens durch einen oder mehrere Empfänger und / oder einen maximal zwei Bit langen Acknowledge-Slot akzeptieren und nicht als Fehler behandeln. 10) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the communication protocol is modified such that sending bus participants compared to the specification ISO 11898-1 one to one bit late acknowledgment (Acknowledge) of the correct reception of a Accept data frames by one or more receivers and / or a maximum of two-bit Acknowledge slot and do not treat as errors.
11) Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Bereich und in dem zweiten Bereich unterschiedliche Werte für die Aufteilung der Bits in Bit-Time-Segmente verwendet werden. 11) Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the first area and in the second area different values are used for the division of the bits into bit-time segments.
12) Vorrichtung zur Datenübertragung in einem Netzwerk mit mindestens zwei teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten und einer Verbindung zur Übertragung von Datenrahmen, 12) Device for data transmission in a network with at least two participating data processing units and a connection for the transmission of data frames,
wobei die gesendeten Datenrahmen eine logische Struktur gemäß der CAN- Spezifikation ISO 11898-1 aufweisen, wherein the transmitted data frames have a logical structure according to the CAN specification ISO 11898-1,
wobei mindestens zwei unterschiedliche Skalierungsfaktoren zur Einstellung der Bus-Zeiteinheit relativ zu einer kleinsten Zeiteinheit oder dem Oszillatortakt verwendet werden, wherein at least two different scaling factors are used to set the bus time unit relative to a minimum time unit or the oscillator clock,
wobei die aus der Einstellung resultierende zeitliche Bitlänge in mindestens einer Einstellung größer oder gleich einem vorgegebenen Minimalwert von etwa einer Mikrosekunde ist und in mindestens einer zweiten Einstellung gegenüber der ersten Einstellung zumindest halbiert, vorzugsweise kleiner als halbiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung der Einstellung im laufenden Betrieb erfolgen kann. wherein the temporal bit length resulting from the adjustment in at least one setting is greater than or equal to a predetermined minimum value of about one microsecond and at least halved in at least one second setting with respect to the first setting, preferably smaller than halved, characterized in that the switching of the setting can be done during operation.
13) Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei unterschiedlichen Werte des für die Einstellung der Bus- Zeiteinheit zu verwendenden Skalierungsfaktors oder ein Basiswert des 13) Apparatus according to claim 12, characterized in that the at least two different values of the scaling factor to be used for setting the bus time unit or a base value of the
Skalierungsfaktors sowie mindestens ein zugehöriger Multiplikator und / oder Divisor durch Beschreiben mindestens eines hierfür bereitgestellten Registers oder Datenfeldes eingestellt werden können. Scaling factor and at least one associated multiplier and / or divisor by describing at least one provided for this purpose register or data field can be set.
14) Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei unterschiedlichen für die Einstellung der Bit-Time-Segmente zu verwendenden Werte durch Beschreiben mindestens eines hierfür 14) Apparatus according to claim 12, characterized in that the at least two different values to be used for setting the bit-time segments by describing at least one of them
bereitgestellten Registers oder Datenfeldes eingestellt werden können. 15) Vorrichtung gemäß Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen den mindestens zwei unterschiedlichen provided register or data field can be adjusted. 15) Apparatus according to claim 12 to 14, characterized in that the switching between the at least two different ones
Skalierungsfaktoren gemäß einem der in den Ansprüchen 2 bis 9 beschriebenen Verfahren erfolgt. Scaling factors according to one of the described in claims 2 to 9 method.
16) Vorrichtung gemäß Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Grundes zum Start eines Error- Frames oder bei Empfang eines Wertes der Kennzeichnung, der keine Verwendung unterschiedlicher Skalierungsfaktoren signalisiert, der Skalierungsfaktor in den Busteilnehmern auf einen Wert gesetzt wird, so dass die Bitlänge im gesamten Datenrahmen einheitlich ist und einem gemäß der Norm ISO 11898-1 zulässigen Wert entspricht. 16) Apparatus according to claim 12 to 15, characterized in that upon detection of a cause to start an error frame or upon receipt of a value of the label, which signals no use of different scaling factors, the scaling factor is set in the bus participants to a value, so that the bit length in the entire data frame is uniform and corresponds to a permissible value according to the standard ISO 11898-1.
17) Vorrichtung gemäß Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittels der Vorrichtung sendender Busteilnehmer eine gegenüber der Spezifikation ISO 11898-1 um ein Bit zu späte Bestätigung (Acknowledge) des korrekten Empfanges eines Datenrahmens durch einen oder mehrere Empfänger und / oder einen maximal zwei Bit langen Acknowledge-Slot akzeptiert und nicht als Fehler behandelt. 17) Apparatus according to claim 12 to 16, characterized in that a transmitting means of the device bus subscriber to the specification ISO 11898-1 by one bit late acknowledgment (Acknowledge) of the correct reception of a data frame by one or more recipients and / or a accepts a maximum of two-bit acknowledge slot and does not treat it as an error.
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